CN115058646B - 一种高强度、耐低温、耐腐蚀车载气瓶用钢及其制造方法 - Google Patents

一种高强度、耐低温、耐腐蚀车载气瓶用钢及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高强度、耐低温、耐腐蚀车载气瓶用钢及其制造方法,以Fe为基础元素,并包含以下重量百分比的元素:C:0.28~0.35%,Si:0.15~0.35%,Mn:0.70~0.90%,P:≤0.013%,S:≤0.003%,Cr:0.90~1.10%,Mo:0.2~0.3%,Ni:0.05~0.15%,Cu:0.02~0.10%,Ni/Cu≥1.0,Alt:0.02~0.05%,V:0.04~0.10%,N:0.005‑0.015%,Nb:0.002~0.006%,Ca:0.001‑0.003%,Ca/S≥1.0。屈服强度≥850MPa,抗拉强度970‑1100MPa,延伸率≥14%,屈强比≤0.95,‑40℃夏比冲击功平均值>47J,达到96h抗氢致开裂HIC和720h抗硫化氢腐蚀SSC性能要求。本申请直接开发连铸大圆坯直接制管,既简化工艺、降碳降耗,又可大幅扩大产品规格,提升整个产业链的效能。

Description

一种高强度、耐低温、耐腐蚀车载气瓶用钢及其制造方法
技术领域
本申请属于特种钢冶炼技术领域,涉及一种中碳CrMo钢,用于制作车载高压气瓶,并提高材料的力学性能、低温冲击性能、抗腐蚀(抗H2S和氢致开裂)性能及其制造方法。
背景技术
近年来,随着新能源汽车的推广,LNG汽车得到广泛应用,液化天然气(LNG)与气态天然气相比,具有储存压力低,安全可靠,体积小,杂质少,能量密度大等优点。因此可作为优质的车用燃料,在减少大气污染和促进可持续发展中发挥着重要作用,市场前景较好。但随着开采深度的增加,天然气中H2S含量不断增加,对车载气瓶材料要求越来越高,在满足力学性能、低温冲击性能要求的前提下,还要求材料要具有很好的抗腐蚀性能,由此一直以来,各种为满足高品质车载气瓶钢要求的材料被广泛地开发和利用。
申请号CN 102268600A公开了一种汽车CNG气瓶钢及其生产方法,通过简单的1次调质热处理后,获得很好的、稳定的综合机械性能,减少了多次热处理的工序,可用于生产汽车CNG气瓶,但工序是采用大方坯轧制成圆钢再进行轧管,钢管口径小,无法满足现有车载气瓶的要求,同时对材料抗H2S和氢致开裂问题没有涉及。
申请号CN1017101277A公开了转炉工艺冶炼气瓶圆钢圆坯的生产方法,本方法生产规格生产150-200mm圆坯,由于受原材料规格的限制,所生产的气瓶规格也较小,无法满足车载大口径要求,只能制造普通小气瓶,若要满足要求,则需要多次扩管,生产成本高,且风险很大,同时该产品也未对屈强比、腐蚀问题涉及。
申请号CN101670389A公开了车用压缩天然气环向缠绕气瓶用冷拔无缝钢管制造工艺,该工艺步骤为:热扩:1.检验热轧原料钢管,2.内壁喷涂石墨,3.调整热扩机工艺参数,4.选定芯头尺寸,5.热扩,6.清理钢管内壁石墨,7.检验热扩管;冷拔:1.热扩原料钢管投料,2.酸洗,3.磷化,4.皂化,5.冷拔,6.检验成品管。该发明所生产的材料为小规格,钢管需多次扩管、冷拔等工序,成型复杂,且未涉及低温、耐腐蚀等问题。
申请号CN101818309A公开了一种气瓶钢及其制造方法,气瓶钢的成分为:C0.32-0.36%、Si 0.20-0.35%、Mn 0.70-0.90%、Cr 0.90-1.10%、Mo 0.40-0.50%、Ti0.01-0.03%、P≤0.015%、S≤0.010%、O≤0.0020%,其余为Fe。制造方法包括下述步骤:(1)在EBT电炉中冶炼预处理铁水;(2)进LF炉前喂Al线,精炼时造弱电石渣进行还原,根据成份要求微调钢液成份;(3)VD真空脱气将钢包吊入真空罐进行真空脱气,并喂Al线、喂Si-Ca线;(4)浇注成钢锭;(5)将钢锭加热到1200±20℃;(6)轧制成钢坯;(7)将钢坯堆冷到室温;(8)钢坯精整将钢坯修磨,确保钢坯表面无裂纹缺陷。用本发明制的气瓶钢,抗拉强度Rm达1120-1250MPa,并且断后延伸率A达14~18%。该专利公布的钢的Mo含量很高,成本高,同时材料未涉及低温及耐腐蚀等问题。
综上,现有的气瓶管原材料均为小规格,生产普通或车载气瓶的工艺复杂,且成本较高,同时对气瓶管低温冲击性能、屈强比、耐腐蚀性能的问题均没有很好的解决。市场需要一种大口径的、新的成分体系及生产工艺,既能降低成本又可高效大批量生产,同时还可满足车载气瓶各项性能指标。
发明内容
本发明呃目的在于提供一种采用连铸工艺生产的高强度、耐低温和耐腐蚀性能车载高压气瓶材料,坯料规格可达生产车载气瓶的口径最大可达到/>减少车载气瓶管的数量,增加了车载气体的容量。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为:一种高强度、耐低温、耐腐蚀车载气瓶用钢,是以Fe为基础元素,并包含以下重量百分比的元素:C:0.28~0.35%,Si:0.15~0.35%,Mn:0.70~0.90%,P:≤0.013%,S:≤0.003%,Cr:0.90~1.10%,Mo:0.2~0.3%,Ni:0.05~0.15%,Cu:0.02~0.10%,Ni/Cu≥1.0,Alt:0.02~0.05%,V:0.04~0.10%,N:0.005-0.015%,Nb:0.002~0.006%,Ca:0.001-0.003%,Ca/S≥1.0。
本发明的连铸圆坯材料成分中增加V、Nb、N元素,形成弥散细小的V、Nb的氮化物和碳氮化物钉扎晶界,从而细化晶粒,同时降低P含量,提高材料的低温冲击性能。添加Cu元素可有效的提高材料的抗腐蚀性能,但为了减少Cu元素产生晶间裂纹的风险,添加一定的Ni元素,使之与Cu生产耐高温的镍铜合金,使之产生镍铜合金,避免低熔点铜元素加热过程中在晶界处熔化而产生表面裂纹,从而减少晶间裂纹的风险,Ni/Cu≥1.0,使得Cu元素全部变成高温镍铜合金,避免产生晶间裂纹,同时也提高材料的机械性能。为提高材料的抗拉、屈服性能适当提高材料中Mo含量。
以下对本发明中所含组分的作用及用量选择作具体说明:
C:是确保钢材强度所必须的元素,提高钢中的碳含量将会增加钢的马氏体转变能力,从而提高钢的强度。但过高的C含量对钢的延性、韧性不利。本发明控制碳含量为0.28~0.35%。
Si:是钢中的脱氧元素,并以固溶强化形式提高钢的强度。Si含量低于0.10%时,脱氧效果较差,Si是强化铁素体元素,含量较高时会造成韧性下降。本发明Si含量控制为0.15~0.35%。
Mn:是提高钢淬透性的元素,Mn易在圆坯中心产生偏析,降低材料的冲击韧性,同时含锰较高时,有较明显的回火脆性现象。因此,本发明Mn含量控制为0.70~0.90%。
Ni:是提高钢的淬透性并可以显著改善低温韧性的元素,对冲击韧性和韧脆转变温度具有良好的作用。但由于Ni是贵重金属,含量过高会增加成本。因此在既能达到设计性能又能节约成本的前提下,本发明将其含量控制在0.05~0.15%,有利于达到最优的性价比。
Cr:是提高钢的淬透性而有助于强度提高的元素,使钢具有良好的抗腐蚀性和抗氧化性。但铬也是能显著提高钢的脆性转变温度和促进钢的回火脆性元素,因此,本发明将其含量控制在0.90~1.10%。
Mo:可以显著提高钢的淬透性和强度,降低回火脆性,在某些还原性介质中易使耐酸不锈钢钝化,从而提高耐腐蚀能力。但假如过多Mo元素对屈强比也影响较大。另外,Mo也是贵重金属,含量过高会增加成本。本发明中Mo的含量控制在0.20~0.30%。
Cu:可提高钢材的淬透性和耐大气腐蚀、耐海水腐蚀性能,降低钢的氢致裂纹敏感性。但过高的Cu含量,在没有足够Ni含量的条件下易产生铜脆现象,恶化材料表面性能。因此本发明控制Cu含量为0.02~0.10%。
V、Nb:Nb、V复合添加,V、Nb生成C、N化合物弥散强化,细化晶粒;Nb(C,N)呈V翅状,延缓了位错穿过晶体向晶界移动,限制了位错的攀移。同时位错在变形过程中被Nb(C,N)捕获,这样可使钢的强度明显提高而韧性受到影响很小,但过高的V、Nb元素度表面质量影响较大,尤其是Nb元素对高温锻造表面质量影响较大,因此,本发明控制其含量V:0.04~0.10%,Nb:0.02~0.06%。
Al:主要是起固氮和脱氧作用,Al与N接合形成的AlN也可以有效地细化晶粒,但含量过高会损害钢的韧性。因此,本发明控制其含量(Alt)在0.02~0.05%。
S、P:为钢中的有害杂质元素,易形成偏析、夹杂等缺陷。作为杂质元素会给对材料的低温冲击韧性和抗腐蚀性能带来不利的影响,应尽量地减少其含量。本发明控制P≤0.013%、S≤0.003%,且须通过Ca处理技术来控制钢水中MnS夹杂转化为CaS夹杂,生成心部为CaO·Al2O3、外围为CaS的双相夹杂物,提高材料的耐腐蚀性能。
N:0.0050~0.0150%
N通常在钢中是一种有害元素,但在钢液中加入Al、V、Nb等微量元素后,微量元素起到氮固定在作用,形成AlN、VN、NbN等,起到钉扎晶界作用,对后期渗碳高温晶粒度起到很好的作用,但N含量过高易与合金元素生成大块状氮化物非金属夹杂,更重要的是降低了合金元素的作用,因此本发明N含量控制范围0.005%-0.015%。
本申请另外提供上述高强度、耐低温、耐腐蚀车载气瓶用钢的制造方法,流程为转炉—炉外精炼—RH真空脱气—圆坯连铸—去应力退火—下料—加热—斜轧穿管—轧管—定径—缓冷—热处理—理化检测。改变以前用大方坯轧成大圆棒再制管的思路,创新连铸工艺,直接开发连铸大圆坯直接制管,既简化工艺、降碳降耗,又可大幅扩大产品规格,提升整个产业链的效能,具体参照如下步骤:
步骤一、钢水初炼:将冶炼原料依次经铁水预处理KR、转炉冶炼、LF精炼、RH真空脱气得到化学成分符合规定的钢水;KR铁水预处理时深脱硫,将S含量控制在≤0.002%,转炉冶炼过程中通过吹氧并加入石灰(CaO)、镁球(主要成分MgO)的方式控制出钢终点C、终点P,终点C:0.10%~0.20%,终点P控制在≤0.010%,出钢温度1600℃~1700℃,并采用挡渣出钢防止下渣,出钢过程加Al脱氧预脱氧;LF精炼过程加强造渣及脱氧,全程吹氩气进行搅拌,渣面加入Al粒和SiC进行扩散脱氧,保证过程的自由氧含量较低,发挥LF炉冶炼去除夹杂物的优势;真空脱气全过程采用氩气搅拌钢水,133Pa以下高真空条件下脱气20-50min,真空脱气后经长时间的软吹氩处理,软吹时间大于25min,保证非金属夹杂物充分上浮。
步骤二、连铸:全程采用防氧化保护浇注,连铸低过热度10℃-35℃,将钢水浇铸成圆坯,圆坯入坑缓冷;
步骤三、退火:由于该钢种合金含量相对较高,且坯料规格大,在冷却过程中热应力和组织应力较大,因此坯料出坑后需采用去应力退火,退火过程中为避免因加热速度过快坯料内外温差过大而导致开裂,生产过程中要控制加热速度,同时为避免加热过程中因坯料内外温差问题,在达到保温温度之后出现温度再降的现象,当加热到一定温度后要适当进行保温一段时间再进行加热,降温过程也采用多个降温保温阶段。
步骤四、加热:圆坯入冷炉加热,按照35℃-40℃/h加热到700℃-720℃,保温1-2小时,然后再按照50℃-60℃/h加热到1200℃-1230℃,保温4-8小时,以保证坯料充分均匀受热,从而改善钢材碳化物偏析,同时避免因加热时间过长而产生显微孔隙。
步骤五、热变形:坯料出炉后高压水除鳞,采用两辊式穿孔机进行斜轧穿管轧制,穿管温度≥1100℃,穿管后采用周期式轧管进行轧管:基于锻、轧、挤三位一体的变形,变形区中的金属始终处于三向压应力状态,抑制变形区金属裂纹的产生,轧管时轧制电流200-1000A,轧辊转速20-60pm,轧后荒管热尺寸按直径×管壁厚为 定径是热轧无缝钢管生产中的最后一道荒管热变形工序,其重要作用是消除前道工序(如均整、连轧管等)轧制过程中造成的荒管外径不一(同一根或同一批),以提高热轧成品管的外径精度和真圆度,定径后温度≥900℃,定径后坯料上冷床进行缓冷以匹配V、Nb的氮化物能够弥散析出,冷却至600-650℃后采用空冷,空冷至室温。
步骤六、热处理:淬火加热温度860-890℃,保温按照壁厚/mm*1.5-2min/mm进行,出炉水淬,然后回火,回火加热温度530℃-550℃,保温时间60分钟以上,空冷。
优选地,步骤二,连铸过程,中间包保护渣的主要成分为SiO2:≤10%,CaO2:≤10%,MgO:80%-90%,该保护渣能不但具有很好的夹杂吸附能力,同时减少渣线处耐材的腐蚀,中包覆盖剂之上再加一层碳化稻壳,可很好的起到保温作用,减少中包钢水温降,中包覆盖剂之上再加一层碳化稻壳提高保温效果,连铸采用中包感应加热、结晶器+中间流+末端电磁搅拌、铸坯流加热先进工序装备,以控制钢材表面质量及芯部偏析。
优选地,步骤三,坯料按照30℃-40℃/h的加热速度加热至630℃-650℃,保温1小时以上,之后按照20℃-30℃/h的加热速度加热到680℃-700℃,按照直径/mm*1-2min/mm进行保温,之后按照30℃-35℃/h的速度降到450℃,再按40℃-50℃/h降到300℃以下出炉堆冷。
与现有技术相比,本发明的优点在于:
1)合理设计化学成分,为满足钢材强度、屈强比、低温冲击要求,对化学成分P:≤0.013%,V:0.04~0.10%,Nb:0.002~0.006%,N:0.005-0.015%进行控制,为满足抗硫化氢(SSC)和氢致开裂(HIC)要求,化学成分S:≤0.003%、Cu:0.02~0.10%、Ca:0.001-0.003%进行控制,且Ca/S≥1.0。
2)为了避免轧制后延伸MnS系夹杂物氢致裂纹的影响,通过精炼渣系的设计(CaO:50%-60%,Al2O3:20%-40%,SiO2≤10%,MgO≤10%),该渣系不但具有很好流动性及夹杂物吸附能力,同时可有效进行脱硫。喂入CaSi线的变性处理,吨钢喂入量为3-8米,将控制钢水中MnS夹杂转化为CaS夹杂,生成心部为CaO·Al2O3、外围为CaS的双相夹杂物。
3)连铸采用先进的中包感应加热、结晶器+中间流+末端电磁搅拌、铸坯流加热先进工序装备,保证钢材的组织均匀性要求。
4)采用先进的周期式轧管工艺进行轧管,热处理后组织为均匀的回火索氏体组织,晶粒度达到6级以上,屈服强度≥850MPa,抗拉强度970-1100MPa,延伸率≥14%,屈强比≤0.95,-40℃夏比冲击功平均值>47J,满足96h抗氢致开裂HIC和720h抗硫化氢腐蚀SSC性能要求。
附图说明
图1为本发明实施例1钢材经HIC试验后的表面状态;
图2为本发明实施例1产品的金相图;
图3为本发明实施例2钢材经HIC试验后的表面状态;
图4为本发明实施例2产品的金相图;
图5为本发明实施例3钢材经HIC试验后的表面状态;
图6为本发明实施例3产品的金相图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述,所述实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
实施例1
坯料生产工艺流程:KR铁水预处理-150吨BOF-150吨LF炉-RH真空脱气-连铸,KR铁水预处理将S脱至0.0012%,转炉终点P:0.006%,终点C为0.15%,出钢温度1690℃。对连铸圆坯去应力退火,退火加热温度680-700℃。
连铸浇注成尺寸的圆坯,所得连铸坯的化学成分按照质量百分比计包括:C:0.28%,Si:0.28%,Mn:0.84%,S:0.001%,,P:0.008%,Cr:1.05%,Ni:0.09%,Cu:0.06,Mo:0.27%,Nb:0.028%,Al:0.025%,Ti:0.003%,V:0.053%,Ca:0.0018%,N:0.0106%,余量为Fe及不可避免的杂质元素。
钢管生产工艺:加热速度按照每小时40℃加热到700℃,保温2小时,然后再按照每小时60℃加热到1220℃,坯料出炉后进行高压水除鳞,采用两辊试穿孔机进行斜轧穿管轧制,穿管温度≥1120℃,穿管后采用周期式轧管进行轧管,轧管时轧制电流600A-850A,轧辊转速40rpm-60rpm,轧后荒管热尺寸为定径后最终尺寸为/>(直径×管壁厚),最终温度为950℃-980℃,在冷床上快冷到630℃,之后空冷冷却到室温,入炉进行调质处理。
入炉加热,加热温度880度,保温按照壁厚1.5-2min/mm进行保温,出炉水淬,之后进行回火,回火温度550℃,保温时间60分钟,空冷。
检测结果:
取样做机械性能和抗硫化氢(SSC)及氢致开裂(HIC)实验,抗拉强度:1000-1050MPa,屈服强度:920-950MPa,延伸率:17.5%-19%,-40℃冲击功:100-130J,钢管全截面为均匀的回火索氏体组织,晶粒度达到7-9级,(图2)试样经720小时抗硫化氢(SSC)和96小时抗氢致开裂(HIC)试验后进行金相未发现表面裂纹(图1)。
实施例2
工艺:KR铁水预处理-150吨BOF转炉冶炼-150吨LF炉精炼-RH真空脱气-连铸,KR铁水S:0.0015%,转炉终点P:0.007%,终点C为0.13%,出钢温度1685℃,连铸浇注成尺寸的圆坯,所得连铸坯的化学成分按照质量百分比计包括:C:0.28%,Si:0.28%,Mn:0.86%,S:0.001%,,P:0.009%,Cr:1.07%,Ni:0.08%,Cu:0.06,Mo:0.28%,Nb:0.03%,Al:0.028%,Ti:0.0025%,V:0.055%,Ca:0.0015%,N:0.0103%,余量为Fe及不可避免的杂质元素。连铸圆坯去应力退火,退火加热温度680-700℃。
钢管生产工艺:加热速度按照每小时40℃加热到700℃,保温1.5小时,然后再按照每小时60℃加热到1230℃,坯料出炉后进行高压水除鳞,采用两辊试穿孔机进行斜轧穿管轧制,穿管温度≥1100℃,穿管后采用周期式轧管进行轧管,轧管时轧制电流500A-800A,轧辊转速40rpm-55rpm,轧后荒管热尺寸为定径后最终尺寸为/>(直径×管壁厚),最终温度为980℃-1000℃,在冷床上快冷到650℃,之后冷却到室温入炉进行调质处理。
入炉加热,加热温度890℃,保温按照壁厚1.5-2min/mm进行,出炉水淬,之后进行回火,回火温度530℃,保温时间60分钟以上,空冷。
检测结果:
取样做机械性能和抗硫化氢(SSC)及氢致开裂(HIC)实验,抗拉:1020-1080MPa,屈服:900-950MPa,延伸率:17.5%-18%,-40℃冲击功:105-140J,钢管全截面为均匀的回火索氏体组织,晶粒度达到7.5-8级以上(图4),试样经720小时抗硫化氢(SSC)和96小时抗氢致开裂(HIC)试验后进行金相未发现表面裂纹(图3)。
实施例3
工艺:KR铁水预处理-100吨BOF转炉冶炼-100吨LF炉精炼-RH真空脱气-连铸,KR铁水将S处理0.0018%,转炉终点P:0.005%,终点C为0.12%,出钢温度1690℃,连铸浇注成尺寸的圆坯,所得连铸坯的化学成分按照质量百分比计包括:C:0.29%,Si:0.26%,Mn:0.85%,S:0.0008%,,P:0.007%,Cr:1.06%,Ni:0.09%,Cu:0.07,Mo:0.27%,Nb:0.032%,Al:0.030%,Ti:0.0027%,V:0.06%,Ca:0.002%,N:0.0105%,余量为Fe及不可避免的杂质元素。连铸圆坯作去应力退火:坯料按照30℃-40℃/h的加热速度加热至630℃-650℃,保温1小时以上,之后按照20℃-30℃/h的加热速度加热到680℃-700℃,按照直径/mm*1-2min/mm进行保温,之后按照30℃-35℃/h的速度降到450℃,再按40℃-50℃/h降到300℃以下出炉堆冷。
钢管生产工艺:加热速度按照每小时40℃加热到700℃,保温2小时,然后再按照每小时60℃加热到1230℃,坯料出炉后进行高压水除鳞,采用两辊试穿孔机进行斜轧穿管轧制,穿管温度≥1120℃,穿管后采用周期式轧管进行轧管,轧管时轧制电流700A-900A,轧辊转速30rpm-50rpm,轧后荒管热尺寸为定径后最终尺寸为/>(直径×管壁厚),最终温度为970℃-1000℃,在冷床上快冷到620℃,之后冷却到室温入炉进行调质处理。
入炉加热,加热温度860度,保温按照壁厚1.5-2℃/mm进行,出炉水淬,之后进行回火,回火温度540℃,保温时间60分钟以上。
检测结果:
取样做机械性能和抗硫化氢(SSC)及氢致开裂(HIC)实验,抗拉:1030-1060MPa,屈服:920-970MPa,延伸率:17%-18%,-40℃冲击功:110-145J,钢管全截面为均匀的回火索氏体组织,晶粒度达到7-8级以上(见附图3),试样经720小时抗硫化氢(SSC)和96小时抗氢致开裂(HIC)试验后进行金相未发现表面裂纹(见附图3)。
除上述实施例外,本发明还包括有其他实施方式,凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案,均应落入本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高强度、耐低温、耐腐蚀车载气瓶用钢,其特征在于:以Fe为基础元素,并包含以下重量百分比的元素:C:0.28 ~ 0.35%,Si:0.15 ~ 0.35%,Mn:0.70 ~ 0.90%,P:≤0.013%,S:≤0.003%,Cr:0.90 ~1.10%,Mo:0.2 ~ 0.3%, Ni:0.05 ~ 0.15%, Cu:0.02 ~ 0.10%,Ni/Cu≥1.0,Alt:0.02 ~ 0.05%, V:0.04 ~ 0.10%,N:0.005-0.015%,Nb:0.002 ~ 0.006%,Ca:0.001-0.003%,Ca/S≥1.0;
所述钢的制造方法,包括,
步骤一、钢水初炼:将冶炼原料依次经铁水预处理KR、转炉冶炼、LF 精炼、RH真空脱气得到化学成分符合规定的钢水;KR铁水预处理时深脱硫,将S含量控制在≤0.002%,转炉冶炼过程中通过吹氧并加入石灰、镁球的方式控制出钢终点C、终点P,终点C:0.10%~0.20%,终点P控制在≤0.010%,出钢温度1600℃~1700℃,并采用挡渣出钢防止下渣,出钢过程加Al脱氧预脱氧;LF精炼过程加强造渣及脱氧,全程吹氩气进行搅拌,渣面加入Al粒和SiC进行扩散脱氧,保证过程的自由氧含量较低;真空脱气全过程采用氩气搅拌钢水,133Pa以下高真空条件下脱气20-50min,真空脱气后经长时间的软吹氩处理,软吹时间大于25min,保证非金属夹杂物充分上浮;
步骤二、连铸:全程采用防氧化保护浇注,连铸低过热度10℃-35℃,将钢水浇铸成圆坯,圆坯入坑缓冷;
步骤三、退火:分多个加热保温阶段将坯料加热至680-700℃,保温后再分多个降温保温阶段冷却;
步骤四、加热:圆坯入冷炉加热,按照35℃-40℃/h加热到700℃-720℃,保温1-2小时,然后再按照50℃-60℃/h加热到1200℃-1230℃,保温4-8小时;
步骤五、热变形:坯料出炉后高压水除鳞,采用两辊式穿孔机进行斜轧穿管轧制,穿管温度≥1100℃,穿管后采用周期式轧管进行轧管:基于锻、轧、挤三位一体的变形,变形区中的金属始终处于三向压应力状态,抑制变形区金属裂纹的产生,轧管时轧制电流200-1000A,轧辊转速20-60pm,轧后荒管热尺寸按直径×管壁厚为φ150×6mm~φ700×30mm,定径以提高热轧成品管的外径精度和真圆度,定径后温度≥900℃,定径后坯料上冷床进行缓冷以匹配V、Nb的氮化物能够弥散析出,冷却至600℃-650℃后采用空冷,空冷至室温;
步骤六、热处理:淬火加热温度860-890℃,保温按照壁厚/mm×1.5-2min/mm进行,出炉水淬,然后回火,回火加热温度530℃-550℃,保温时间60分钟以上,空冷。
2.根据权利要求1所述的高强度、耐低温、耐腐蚀车载气瓶用钢,其特征在于:屈服强度≥850MPa,抗拉强度970-1100MPa,延伸率≥14%,屈强比≤0.95, -40℃夏比冲击功平均值>47J,组织为均匀的回火索氏体组织,晶粒度达到6级以上, 达到96h 抗氢致开裂HIC和720h抗硫化氢腐蚀SSC性能要求。
3.一种制造权利要求1所述的高强度、耐低温、耐腐蚀车载气瓶用钢的方法,其特征在于:包括,
步骤一、钢水初炼:将冶炼原料依次经铁水预处理KR、转炉冶炼、LF 精炼、RH真空脱气得到化学成分符合规定的钢水;KR铁水预处理时深脱硫,将S含量控制在≤0.002%,转炉冶炼过程中通过吹氧并加入石灰、镁球的方式控制出钢终点C、终点P,终点C:0.10%~0.20%,终点P控制在≤0.010%,出钢温度1600℃~1700℃,并采用挡渣出钢防止下渣,出钢过程加Al脱氧预脱氧;LF精炼过程加强造渣及脱氧,全程吹氩气进行搅拌,渣面加入Al粒和SiC进行扩散脱氧,保证过程的自由氧含量较低;真空脱气全过程采用氩气搅拌钢水,133Pa以下高真空条件下脱气20-50min,真空脱气后经长时间的软吹氩处理,软吹时间大于25min,保证非金属夹杂物充分上浮;
步骤二、连铸:全程采用防氧化保护浇注,连铸低过热度10℃-35℃,将钢水浇铸成圆坯,圆坯入坑缓冷;
步骤三、退火:分多个加热保温阶段将坯料加热至680-700℃,保温后再分多个降温保温阶段冷却;
步骤四、加热:圆坯入冷炉加热,按照35℃-40℃/h加热到700℃-720℃,保温1-2小时,然后再按照50℃-60℃/h加热到1200℃-1230℃,保温4-8小时;
步骤五、热变形:坯料出炉后高压水除鳞,采用两辊式穿孔机进行斜轧穿管轧制,穿管温度≥1100℃,穿管后采用周期式轧管进行轧管:基于锻、轧、挤三位一体的变形,变形区中的金属始终处于三向压应力状态,抑制变形区金属裂纹的产生,轧管时轧制电流200-1000A,轧辊转速20-60pm,轧后荒管热尺寸按直径×管壁厚为φ150×6mm~φ700×30mm,定径以提高热轧成品管的外径精度和真圆度,定径后温度≥900℃,定径后坯料上冷床进行缓冷以匹配V、Nb的氮化物能够弥散析出,冷却至600℃-650℃后采用空冷,空冷至室温;
步骤六、热处理:淬火加热温度860-890℃,保温按照壁厚/mm×1.5-2min/mm进行,出炉水淬,然后回火,回火加热温度530℃-550℃,保温时间60分钟以上,空冷。
4.根据权利要求3所述的高强度、耐低温、耐腐蚀车载气瓶用钢的制造方法,其特征在于:步骤二,连铸过程,中间包保护渣的主要成分为SiO2:≤10%,CaO2:≤10%,MgO:80%-90%,中包覆盖剂之上再加一层碳化稻壳提高保温效果,连铸采用中包感应加热、结晶器+中间流+末端电磁搅拌、铸坯流加热先进工序装备,以控制钢材表面质量及芯部偏析。
5.根据权利要求3所述的高强度、耐低温、耐腐蚀车载气瓶用钢的制造方法,其特征在于:步骤三,坯料按照30℃-40℃/h的加热速度加热至630℃-650℃,保温1小时以上,之后按照20℃-30℃/h的加热速度加热到680℃-700℃,按照直径/mm×1-2min/mm进行保温,之后按照30℃-35℃/h的速度降到450℃,再按40℃-50℃/h降到300℃以下出炉堆冷。
6.根据权利要求3所述的高强度、耐低温、耐腐蚀车载气瓶用钢的制造方法,其特征在于:步骤一,精炼渣系中:CaO: 50%-60%,Al2O3:20%-40%,SiO2:≤10%,MgO :≤10%;钢水成分调整后期喂入CaSi线进行变性处理,吨钢喂入量为3-8米,将控制钢水中MnS夹杂转化为CaS夹杂。
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